新能源汽车在减少温室气体排放和环境污染方面具有广阔的前景,而锂离子电池则因其具有较高的能量密度和长使用寿命等特点而成为了电动汽车的首选。尽管近些年来锂离子电池在成本、安全性、能量以及功率等方面不断提高,然而其在工作过程中面临的热安全性和循环老化衰退特性仍然是阻碍电动汽车全面发展的因素。因此,本文以某款富镍方形三元动力锂离子电池为研究对象,运用实验测试与仿真建模等手段,针对动力锂离子电池在工作过程中的电化学反应规律、产热机理以及循环老化衰退特性进行了深入的研究与分析,主要研究内容及结论如下:搭建了动力电池测试实验平台,并开展了充放电测试、标准容量测试、加速循环老化测试、参考性能测试等实验,从实验角度初步探究了富镍方形三元锂离子电池的宏观产热及容量衰减规律。实验测试结果表明:放电倍率的增大和环境温度的降低使得电池产热量增大,经历数次循环充放电后电池的可放电容量产生明显的“缩水”现象;电池的容量衰减与循环次数之间存在非线性关系,且处于不同循环阶段电池的容量衰减速率不同,衰减过程可概括为三个阶段,分别为初期快速衰减、中期缓慢衰减、后期急速衰减。建立了电化学热耦合模型,通过充放电实验测试数据验证了耦合模型的准确性及可靠性。基于耦合模型明晰了电池内部的传质与扩散规律,重点分析了电池内部产热机理及发热特性,最后考察了关键结构设计参数对电池产热的影响。仿真结果表明:锂离子电池内部不同区域的固液相锂离子浓度变化与电极和电解质电流密度变化密切相关,同时影响内部的产热特性;不同区域的产热规律不尽相同,负极区域总产热分布较为平缓,隔膜区域总产热较小可以忽略,正极区域总产热接近电极总产热量。负极区域内产生的极化热远大于正极区域内产生的极化热。放电倍率的增大使得正极区域欧姆热急速增加,负极区域极化热显著提高;正负极材料粒径的增加使得对应的正负极区域总产热量增大,而基本不影响另一区域的总产热量。建立了考虑SEI膜形成及生长的循环老化衰减模型,通过加速循环老化实验测试数据验证了老化模型的准确性。基于循环老化衰减模型,探究了环境温度、放电倍率、放电截止电压等影响因素对电池容量的影响,并揭示了SEI膜形成与生长与上述影响因素之间的相互作用。研究结果表明:环境温度和放电倍率的增大以及放电截止电压的降低会加速电池的容量衰减;SEI膜的增长是受反应动力学及扩散限制,在循环充放电前期SEI膜生长速率较快,而随着循环的进行SEI膜的生长速率则趋于缓慢;在一定程度上,通过降低环境温度和放电倍率以及提升放电截止电压能够有限减缓SEI膜的生长,减缓电池老化。